[發明專利]基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置及方法

在審

• 申請號: 201810014436.4
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108214320A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 胡焰;戴慶文;黃巍;王曉雷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24C3/02
• 分類號: B24C3/02;B24C5/04;B24C7/00;B24C9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，其特征在于，包含氣體供給模塊、噴嘴進給模塊、掩膜板、磨料容器和加工動平臺；

所述氣源供給模塊包含空氣壓縮機、壓力調節器和氣體截止閥，所述空氣壓縮機的輸出端通過所述氣體截止閥和所述壓力調節器的一端相連；

所述磨料容器用于存儲非牛頓流體磨料；

所述噴嘴進給模塊包含Z軸伺服電機和噴嘴；

所述噴嘴包含氣體入口、液體入口和噴射聚砂口，其中，所述氣體入口和所述壓力調節器的另一端通過氣管相連，所述液體入口通過管道連接至所述磨料容器中非牛頓流體磨料；

所述噴嘴用于利用文丘里效應產生負壓從液體入口吸入磨料后將其從噴射聚砂口噴出；

所述Z軸伺服電機用于控制所述噴嘴上下移動、調節所述噴嘴的噴射口與待加工工件的靶距；

所述掩膜板固定設置在待加工工件之上；

所述加工動平臺用于控制固定在其上的待加工工件相對于噴嘴前后左右移動和旋轉運動。

2.根據權利要求1所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，其特征在于，所述加工動平臺設置在所述磨料容器的上方，使得使用過的非牛頓流體磨料回流至磨料容器中、循環使用。

3.根據權利要求1所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，其特征在于，還包含用于攪拌磨料容器中非牛頓流體磨料的攪拌裝置。

4.根據權利要求1所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，其特征在于，所述掩膜板通過蠟泥與工件表面貼合，防止磨粒進入掩膜板與工件的夾縫造成的腐蝕。

5.基于權利要求1所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，其特征在于,包括以下步驟：

步驟1），掩膜制作：選擇金屬或無機薄板作為掩膜材料，通過激光加工技術或者光刻電解加工技術在掩膜材料上加工出需要的織構圖案；

步驟2），掩膜板與待加工工件的固定：將待加工工件表面打磨、拋光并超聲清洗，將制備的掩膜通過蠟泥與待加工表面緊密貼合，通過三爪卡盤或專用夾具將掩膜和工件一起固定在加工動平臺上；

步驟3），磨料溶液配制：選定磨料類型和粒徑，確定水、磨粒和高分子添加劑的質量配比，將高分子添加劑充分溶于水，加入選定的磨粒，配制所需磨料溶液，并通過攪拌機持續低強度攪拌混合均勻；

步驟4），參數設定：根據所需加工效果設定噴射壓強和噴射距離，同時結合加工范圍設定加工動平臺的運動軌跡、噴嘴進給速度和進給量；

步驟5），加工和清洗：倒入配好的磨料，打開攪拌器，將噴嘴進液管插入磨料容器，打開氣體截止閥，同時啟動加工動平臺進行進給，完成后對加工完畢的工件進行超聲清洗。

6.根據權利要求5所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，其特征在于，步驟1）中所述掩膜材料的厚度范圍為500um-700um。

7.根據權利要求5所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，其特征在于，步驟3）中所述磨料的類型為綠碳化硅、立方氮化硼或人造金剛石，粒徑的范圍為5um-20um。

8.根據權利要求5所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，其特征在于，步驟3）中所述磨料的質量占比為5-10%，高分子添加劑采用聚丙烯酰胺、質量占比為0.2-0.5%。

9.根據權利要求5所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，其特征在于，步驟4）中噴射壓強的范圍為0.2MPa -0.8MPa，噴射靶距的范圍為1mm-15mm。

10.根據權利要求5所述的基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，其特征在于，步驟5）中加工動平臺進給時采用S型進給，進給速度范圍為0.1mm -0.5mm/s，進給量范圍為50um-250um。